楊 忠,高 峰,劉義河,陳 維

(吉林省公路勘測設計院,長春 130021)

近年來,隨著公路建設事業(yè)的迅速發(fā)展,修建了大批的橋梁,中小跨徑橋梁因其施工上的方便性和經(jīng)濟上的競爭性,成為很具競爭力的橋型.裝配式鋼筋混凝土鉸接板、梁橋,由于易于設計成系列化和標準化,廣泛應用于中小跨徑的公路橋.而其橫向分布計算是橋梁設計、分析以及結(jié)構(gòu)試驗中的一個重要部分,關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性.橋梁荷載橫向分布的計算方法有很多,比如:偏心壓力法、修正偏壓法、比擬正交異性板(G-M)法、剛性橫梁法、杠桿原理法、剛接板梁法、鉸接板梁法等.利用荷載橫向分布的方法分析梁橋,其實質(zhì)是將原內(nèi)力影響面近似簡化為兩個單值函數(shù)的乘積,也就是變量分離的方法,從而把空間結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算問題轉(zhuǎn)化為平面問題來解決,但是荷載橫向分布的求解屬空間問題,因此這在一定程度上,存在一定的誤差.隨著有限元理論和大型有限元軟件(如ANSYS、ALGOR、MIDAS等)技術(shù)的發(fā)展,采用不同的單元(如實體單元、梁單元、殼單元等)可以將分析對象根據(jù)不同的需要進行模擬,進行空間分析,因此可以采用空間梁單元進行荷載橫向分布的求解,其計算結(jié)果將更符合實際情況,更能真實的反映橋梁的工作狀態(tài).

1 鉸接板梁法

1.1 鉸接板梁法適用范圍

鉸接板梁法適用于不設內(nèi)橫梁,僅對翼板的板邊適當連接的、或僅由現(xiàn)澆的橋面層使各板梁連接的、或用現(xiàn)澆混凝土企口縫連接預制板的橋跨結(jié)構(gòu).

1.2 鉸接板梁法基本假定

(1)假定豎向荷載作用下,鉸接縫內(nèi)只傳遞豎向剪力.橋面板內(nèi)縱向剪力流T,以及橫向扭矩和法向力均忽略不計.

(3)每塊板梁在偏心荷載作用下,只產(chǎn)生垂直位移和轉(zhuǎn)角,而不發(fā)生橫向彎曲.

2 算例概況

某空心板簡支梁橋,跨徑12.6 m,橋面凈空為-7和2×0.5 m的護輪帶,全橋由8塊預應力混凝土空心板組成,橋的橫截面布置及空心板橫斷面如圖1所示:

圖1 橋的具體尺寸(單位:cm)

2.1 采用空間梁單元計算算例

由于鉸接板橋的板和板之間是依靠鉸縫進行連接的,鉸縫只傳遞剪力,不傳遞彎矩,所以在進行模擬時,要將板與板之間的轉(zhuǎn)動放松,采用BEAM44單元可通過設置Keyopt值的屬性來進行單元的節(jié)點放松,此模型中的鉸縫是用剛性鏈桿來模擬的,它的J節(jié)點轉(zhuǎn)動全部放松,這和橋梁的實際情況也是吻合的.計算模型如圖2所示:

圖2 有限元模型

本文中的模型按單位力在跨中橫向加載,計算各塊板的彎矩,橫向分布是根據(jù)某塊板跨中彎矩和同一時刻全橋跨中彎矩之和的比值得出,即 η=分析各板的橫向分布影響線豎標曲線如圖3所示.其中,1～4號板作用單位集中力時的彎矩如圖4所示.

圖3 各板橫向分布影響線豎標曲線

2.2 手算橫向分布系數(shù)

由ANSYS計算的截面的抗彎剛度 I=0.013914 m4;抗扭剛度It=0.029943 m4.

則板的抗彎剛度與抗扭剛度比例參數(shù)γ為:

查閱《公路橋梁荷載橫向分布計算》,根據(jù)剛度比例參數(shù)γ內(nèi)插計算所得荷載橫向分布影響線坐標如表1所示(為避免書寫小數(shù)點,所列坐標均為一千倍的值,以下同).

表1 各板跨中荷載橫向分布影響線坐標表

表2 各板跨中荷載橫向分布系數(shù)計算表

由表2可以看出,采用空間梁單元計算的橫向分布系數(shù)較手算結(jié)果存在一定的誤差,但誤差不超過3%,從工程角度上,可以說兩者基本接近,均滿足要求.但是,手算法與實際情況難免有偏差,為了得到較為準確的結(jié)果,建議采用空間計算方法復核手算方法,以保證橋梁設計的可靠性.

3 結(jié) 語

通過空間梁單元建立的有限元模型分析,可以很直觀的得到各塊板的內(nèi)力分布情況,由此計算得出各塊板的橫向分布系數(shù),此方法建模簡單,更能真實的反映橋梁的工作狀態(tài),可以為工程計算提供參考.

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[2]李國豪,石 洞.公路橋梁荷載橫向分布計算[M].上海:同濟大學出版社,1984.

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